JPH0261531A - 捩れ角検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は軸に生じた捩れ角を検出する捩れ角検出装置に
関するものであり、特に、捩れ角を高い精度で検出し得
る装置に関するものである。

〔従来の技術〕

車両、工作機械等の広い分野において、回転運動を伝達
する軸に加えられる回転力を検出することが必要となる
。軸に回転力が加えられれば、それに伴って軸に涙れが
生ずる。そのため、軸の歪や捩れ角を検出し、それらの
検出結果から回転力を求めるのが普通である。

歪を検出する装置には歪ゲージ式や磁歪式がある。前者
は、軸に歪ゲージを取り付け、その軸に捩れに伴って生
じた歪を歪ゲージからの電気信号として取り出すもので
あり、後者は、歪が変化するとそれに伴って軸の透磁率
が変化するという磁気歪現象を利用するものである。印
加される交流電圧に応じて磁界を発生する励起用コイル
と、その励起用コイルから受ける磁界の強さに応じた大
きさの交流電圧を発生する検出用コイルとを軸に近接さ
せ、軸の透磁率を検出用コイルからの交流電圧として取
り出すのである。

一方、捩れ角を検出する装置には、特開昭６１−１７８
６２８号公報に開示されているように、磁性体の歯が多
数並ぶ一対の歯車を軸にそれの軸方向に一定距離離して
固定し、それら２歯車の各々の歯に、永久磁石と検出用
コイルとを主体とする電磁ピックアップを対向させ、当
該軸の、２歯車の固定部相互の捩れ角を２電磁ビツクア
ンプの各々からの、歯車の歯の山と谷とに対応する交流
電圧相互の位相差として取り出す歯車式がある。

〔発明が解決しようとする課題〕 軸の歪あるいは涙れ角を検出する装置は、安価であって
、軸が回転しているとほとんど静止しているとにかかわ
らず、歪あるいは捩れ角を高い、精度で検出し得るもの
であることが望ましい。

しかし、歪ゲージ式で歪を検出する装置にあっては、■
軸の表面に歪ゲージを取り付けるという煩雑な作業が必
要となって、作業コストが上昇するという問題や、■軸
が回転する場合には、歪ゲージも軸と共に回転すること
となって、歪ゲージから電気信号を取り出すためには、
例えば軸にスリップリングを取り付けて歪ゲージと電気
的に接続し、そのスリップリングに固定ブラシを摺接さ
せ、さらにその固定ブラシを歪ゲージからの電気信号を
処理する処理手段に電気的に接続することが必要となっ
て、装置コストが上昇することに加えて、歪ゲージと処
理手段とが摺接部を介して電気的に接続されることとな
るために、検出装置としての耐久性が低く、しかも、検
出精度を十分に高めることができないという問題がある
。

これに対して、歯車式で捩れ角を検出する装置および磁
歪式で歪を検出する装置には、電磁ピックアップ、励起
用コイルおよび検出用コイルを当該軸に固定的に取り付
けることが不要となり、電磁ピンクアンプおよび検出用
コイルと処理手段とを摺接部を介して電気的に接続しな
いで済むために、耐久性や検出精度の問題はないのであ
るが、歯車式捩れ角検出装置は、電磁ピンクアンプの永
久磁石から出た磁束が永久磁石と歯車の歯との相対変位
に応じて変化し、検出用コイルがその磁束の変化に応じ
た大きさの交流電圧を発生するものであるから、軸の回
転速度が小さいと検出用コイルの交流電圧のレベルが低
くなって、捩れ角の検出に誤差が生ずるという問題があ
り、また、磁歪式歪検出装置には、軸に施される加工に
よる永久歪が製品毎に異なると透磁率も製品毎に異なる
こととなって、歪の検出に誤差が生ずるという問題があ
る。

そこで、本発明は差動トランスの原理を利用することに
より、電気信号を取り出すためにスリップリング等を必
要とせず、軸の加工歪の影響を受けず、かつ、軸が回転
していても停止していても精度良く捩れ角を検出するこ
とができる捩れ角検出装置を提供することを課題として
為されたものである。

〔課題を解決するための手段〕

そして、本発明の要旨は、（ａ）捩れの発生し得る軸に
沿って配設され、印加される交流電圧に応じて磁界を発
生する１次コイルと、（ｂｌ軸の軸方向において１次コ
イルの両側に位置し、それぞれ１次コイルから受ける磁
界の強さに応じた大きさの交流電圧を発生する一対の２
次コイルと、（Ｃ）それぞれ軸の軸方向に一定距離離れ
た２部分に固定され、一方が１次コイルと一対の２次コ
イルのいずれか一方とに近接し、他方が１次コイルと他
方の２次コイルとに近接するとともに、１次コイルの軸
の軸方向における中間位置において互いに近接し合い、
かつ、軸に捩れが発生しない状態では互いに共同して１
次コイルの磁界を一対の２次コイルの各々に等しい強さ
で導く磁路を形成し、涙れが発生した状態では２部分相
互の捩れ角が増大する程１次コイルの磁界を一対の２次
コイルのいずれか一方には強く導き、他方には弱り導く
磁路を形成する形状を有する一対の磁路形成体と、（ｄ
ｌ一対の２次コイルに接続され、それら２次コイルの交
流電圧の差を求める処理手段とを含む捩れ角検出装置を
提供することにある。

なお、処理手段は、一対の２次コイルの交流電圧をアナ
ログ的に処理して捩れ角を求めるものでも、デジタル的
に処理するものでもよい。また、ｌ戻れ角の大きさ自体
を出力するものであっても、回転力に換算して出力する
ものであってもよい。

〔作用］ 本発明に係る捩れ角検出装置においては、軸に捩れが発
生しない状態では、１次コイルの磁界が一対の２次コイ
ルの各々に互いに同位相でかつ大きさが互いに等しい交
流電圧を発生させる。これに対して、軸に捩れが発生し
た状態では、１次コイルの磁界がその捩れ角が増大する
程一対の２次コイルのいずれか一方に強く他方に弱く導
かれるから、捩れが発生しない状態における交流電圧に
対して、一方の２次コイルの交流電圧が上記捩れ角が増
大する程増大し、他方の２次コイルの交流電圧が減少す
る。この際、一対の２次コイルに発生する交流電圧は互
いに同位相である。したがって、軸に生じた捩れ角と両
２次コイルの交流電圧の差とが１対１に対応するから、
捩れ角を両２次コイルの交流電圧の差として取り出すこ
とができる。

〔発明の効果〕

このように、本発明に従えば、１次コイルおよび一対の
２次コイルを軸に接触させることなく捩れ角を検出し得
るから、一対の２次コイルと前記処理手段とを前述のス
リップリング、固定ブラシ等の摺接部を介して電気的に
接続することが不要となり、捩れ角検出装置の耐久性お
よび検出精度が向上するという効果が得られる。

また、２次コイルの交流電圧は、軸の透磁率とは全（無
関係であるから、軸の加工歪が製品毎に異なっても捩れ
角の検出結果に影響を与えることがなく、高い検出精度
が得られる。

また、本発明に係る捩れ角検出装置は、軸の捩れに伴う
前記軸の２部分相互の捩れ角を電磁的に検出するもので
あるから、高い検出応答性および検出精度が得られる。

また、一対の２次コイルには、１次コイルから時間の経
過に伴って向きが正逆交互に変化する磁界が与えられ、
軸が静止したままであっても２次コイルに十分大きな交
流電圧が発生するから、軸の回転速度が小さいことに起
因して２次コイルに発生する交流電圧が低くなり、検出
誤差が生ずるという事態が発生することもない。

また、捩れ角を一対の２次コイルの交流電圧の差として
取り出すものであるから、例えば、それら２次コイルの
各々の温度が変化したり、捩れ角検出時に軸と１次コイ
ルおよび２次コイルとの隙間が変動したりして、２次コ
イルの各々の交流電圧のレヘルが正規の値から外れる事
態が生じても、上記交流電圧の差においては、レベル変
化分が互いに相殺されるから、温度や隙間の変動によっ
て検出精度が低くなることもない。

さらに、本発明に係る涙れ角検出装置においては、軸に
捩れが発生すると、一方の２次コイルの交流電圧は大き
くなるのに対し、他方の２次コイルの交流電圧は小さ（
なって、それら２次コイルの交流電圧の差の変化■が一
方の２次コイルの交流電圧の増大分（あるいは減少分）
と他方の２次コイルの交流電圧の減少分（あるいは増大
分）との和、すなわち、軸の捩れ角を１つの２次コイル
で検出した場合におけるその２次コイルの交流電圧の変
化量のほぼ２倍となり、捩れ角の検出感度が向上する。

したがって、本発明に係る捩れ角検出装置は、高速で回
転する軸の捩れ振動を抑える制御を行うためにその軸の
捩れ角を検出する場合など、高い応答性、感度および検
出精度が求められる場合にも使用することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を、車両のトランスミッションのスリーブ
ヨーク（出力側の軸）に加えられる回転力を検出するた
めの捩れ角検出装置に適用した場合の一実施例を図面に
基づいて説明する。

第１図において１０がスリーブヨークである。

スリーブヨーク１０は途中に回転力検出部１２を有して
おり、その回−軽力検出部１２は、互いに同径の２つの
大径部１４．１６と、それら大径部１４．１６の中間に
位置する同軸の小径部１８とから成っている。大径部１
４．１６にはそれぞれ、互いに同径の筒状部材２０．２
２が嵌合されている。両筒状部材２０．２２の一端部は
それぞれ、両人径部１４．１６の小径部１８の両端に隣
接する２部分の外周面に相対回転および軸方向移動不能
に固定され、両筒状部材２０．２２の他端部の先端面は
、軸方向において小さな隙間を隔てて互いに対向してい
る。

筒状部材２０．２２の外周側には、円環状のコイル組立
体３０が同軸的に配設されている。コイル組立体３０は
軸方向にかつ同軸的に並ぶ円環板である第１ヨーク３２
．第２ヨーク３４．第３ヨーク３６および第４ヨーク３
８を備えており、第２ヨーク３４と第３ヨーク３６との
間に１次コイル４０が同軸的に収容され、第１ヨーク３
２と第２ヨーク３４との間、および第３ヨーク３６と第
４ヨーク３８との間にそれぞれ２次コイル４２．および
４４が共に同軸的に収容されている。コイル組立体３０
の軸方向における中心と２つの筒状部材２０．２２の間
の隙間の中心とが合致するようにされており、両筒状部
材２０．２２の先端近傍の外周面がコイル組立体３０に
より外側から覆われている。コイル組立体３０はトラン
スミッションのエクステンションハウジングの内壁に固
定されており、スリーブヨーク１０が回転すれば、筒状
部材２０．２２とコイル組立体３０とが相対回転すると
ともに、スリーブヨーク１０に加えられる回転力に応じ
て小径部１８が捩られて、筒状部材２０．２２同士も周
方向に相対回転する。

なお、本実施例において、スリーブヨーク１０に小径部
１８を形成し、その小径部Ｉ８の捩れ角を検出するのは
、当該捩れ角検出装置が、スリーブヨーク１０の捩れ角
を検出するのが目的ではなく、小径部１８の捩れ角の大
きさに基づいてスリーブヨーク１０の回転力を求めるの
が目的であるため、小さな回転力でも大きな捩れ角が発
生する小径部１８の捩れ角を検出することにより、スリ
ーブヨーク１０の回転力の検出精度を高めるためである
。また、小径部Ｉ８に捩れが発生する状態では、筒状部
材２０．２２を一体的に回転させる大径部１４．１６に
も捩れが発生することとなるのであるが、大径部１４．
１６の捩れ角より小径部１８の捩れ角が著しく大きいか
ら、筒状部材２０．２２の相対回転に与える大径部１４
．１６の捩れの影響を無視することができる。

１次コイル４０には交流量１５０から高い周波数で交流
電圧が印加され、１次コイル４０は極短い時間間隔で向
きが正逆交互に変わる磁界を発生する。２次コイル４２
．４４は共に、それぞれが１次コイル４０からの磁界を
受けた場合に、１次コイル４０に印加される交流電圧（
以下、基準交流電圧という。）と逆位相の交流電圧を発
生する。

そして、２次コイル４２．４４は、リード線５２により
、それら２次コイル４２．４４の交流電圧の位相が互い
に逆となる状態で直列に結線され、そのリード線５２の
途中に捩れ角演算装置５４が接続されている。この装置
５４は、２次コイル４２の交流電圧から２次コイル４４
の交流電圧を差し引いた差の交流電圧の極大値と、その
差の交流電圧と上記基準交流電圧との位相差とを求める
とともに、上記差の交流電圧の極大値を表す信号（これ
が捩れ角の大きさを表す。）と、その差の交流電圧が基
準交流電圧と同位相であるか逆位相であるかを表す信号
（これが捩れの方向を表す。）とを回転力演算装置に出
力する。

各筒状部材２０．２２の外周面には、２つずつの環状突
起が互いに軸方向に離れて形成されており、先端面に近
い側から順に符号５６および５８で表されている。筒状
部材２０の環状突起５８がコイル組立体３０の第１ヨー
ク３２に、筒状部材２０の環状突起５６が第２ヨーク３
４に、筒状部材２２の環状突起５６が第３ヨーク３６に
、筒状部材２２の環状突起５８が第４ヨーク３８に半径
方向にほぼ一定の小さな隙間を隔てて対向している。

筒状部材２０．２２は、第２図に一方の筒状部材２２を
代表的に示すように、先端面近傍の円筒部分が周方向に
第１．第２および第３ブロツクの３つに分割されている
。各ブロック内において特定部分の磁性体が除去されて
代わりに非磁性体が充填されている。第３図（ａ）ない
しくｅ）に両筒状部材２０．２２の先端近傍の円筒部分
の一連の展開図を示す。なお、図において多数の点で埋
められた部分が非磁性体である。同図（Ｃ）から明らか
なように、各ブロック内において、筒状部材２２の先端
面を正面に見た場合における反時計方向（ＣＣＷ）に、
先端面と環状突起５６．５８とを磁気的に遮断する第１
領域と、先端面と環状突起５８とは磁気的に結合するが
先端面と環状突起５６とは遮断する第２領域と、先端面
と環状突起５６．５８とを磁気的に遮断する第３領域と
、先端面と環状突起５６とは磁気的に結合するが先端面
と環状突起５８とは遮断する第４領域とが順に形成され
ている。つまり、第２領域に先端面と環状突起５８とを
磁気的に結合する第１磁路６０が形成され、第４領域に
先端面と環状突起５６とを磁気的に結合する第２磁路６
２が形成されているのである。なお、筒状部材２０と２
２とに形成される磁路６０゜６２は、それら筒状部材２
０．２２の先端面同士を対向させた場合に同一となる周
方向に同一パターンで形成されている。

これら筒状部材２０．２２は、スリーブヨーク１０の小
径部１８に全く捩れが発生していない状態で、第３図（
Ｃ）に示すように、先躇面相互の相対回転位置関係が、
各々対応する筒状部材２０の第１磁路６０と筒状部材２
２の第２磁路６２との対向面積Ｓ１と、各々対応する筒
状部材２０の第２磁路６２と筒状部材２２の第１磁路６
０との対向面積Ｓ２とが互いに等しくなるように決めら
れている。この状態では、筒状部材２０の第１磁路６０
と筒状部材２２の第２磁路６２とが互いに正対する部分
における側面断面図である第４図から明らかなように、
第３ヨーク３６．筒状部材２２の第２磁路６２．筒状部
材２０の第１磁路６０および第１ヨーク３２をつなぐ磁
気回路が形成され、また、筒状部材２０の第ｔ　＋ｎ路
・６２と筒状部材２２の第１磁路６０とが互いに正対す
る部分における側面断面図である第５図から明らかなよ
うに、第２ヨーク３４．筒状部材２０の第２磁路６２筒
状部材２２の第１磁路６０および第４ヨーク３８をつな
ぐ磁気回路が形成されている。したがっで、この状態で
、１次コイル４０に基準交流電圧が印加されれば、対向
面積Ｓ１と８２とが等しいから、１次コイル４０の磁界
が２次コイル４２と４４とに等しい強さで導かれ、２次
コイル４２゜４４の双方に発生する交流電圧が同一とな
り、１戻れ角演算装置５４は、前記差の交流電圧の極大
値としてＯを表す信号と、その差の交流電圧が基準交流
電圧と逆位相であることを表す信号とを出力する。

これに対して、スリーブヨーク１０に回転力が作用して
小径部１８に捩れが生じ、筒状部材２０に対して筒状部
材２２が前記反時計方向に相対的に回転し、第３図（ｂ
）に示すように、各々対応する筒状部材２０の第１磁路
６０と筒状部材２２の第２磁路６２とが互いに接近する
一方、各々対応する筒状部材２０の第２磁路６２と筒状
部材２２の第１１ａ路６０とが互いに離間した場合には
、対向面積Ｓ１が増大する一方対向面積Ｓ２が減少し、
１次コイル４０の磁界が２次コイル４２に強く２次コイ
ル４４に弱く導かれて、２次コイル４２の交流電圧の極
大値が前回より増大する一方２次コイル４４の交流電圧
の極大値が減少することとなる。その結果、捩れ角演算
装置５４は、前記差の交流電圧の極大値として、２次コ
イル４２の交流電圧の極大値゛の増大分と２次コ・イル
４４の交流電圧の極大値の減少分との和を表す信号を出
力するとともに、その差の交流電圧が基準交流電圧と逆
位相であることを表す信号を出力する。

スリーブヨーク１０に上記の場合と同じ方向にさらに大
きな捩れが生じ、本捩れ角が捩れ角検出装置によって検
出可能な最大角度となった場合には、第３図（ａｌに示
すように、各々対応する筒状部材２０の第１磁路６０と
筒状部材２２の第２磁路６２とが互いにさらに接近して
それら第１磁路６０と第２磁路６２とが完全に正対する
一方、各々対応する筒状部材２０の第２磁路６２と筒状
部材２２の第１磁路６０とが互いにさらに離間してそれ
ら第２磁路６２と第１磁路６０が周方向に完全にずれる
こととなり、対向面積Ｓ１が最大値に達する一方、対向
面積Ｓ２がＯとなる。その結果、１次コイル４０の磁界
のほとんどが２次コイル４２に導かれて、２次コイル４
２の交流電圧の極大値がさらに増大する一方、１次コイ
ル４０の磁界が２次コイル４４にほとんど導かれないこ
ととなって、２次コイル４４の交流電圧の極大値がさら
に減少する。この場合にも同様に、捩れ角演算装置５４
は、前記差の交流電圧の極大値として、２次コイル４２
の交流電圧の極大値の増大分と２次コイル４４の交流電
圧の極大値の減少分との和を表す信号を出力するととも
に、その差の交流電圧が基準交流電圧と逆位相であるこ
とを表す信号を出力する。

捩れ角演算装置５４から出力される前記差の交流電圧の
極大値は、対向面積Ｓ、と対向面積Ｓ２との差にほぼ比
例し、その面積差は筒状部材２０と２２との位相差、す
なわち、小径部１８の両端相互の捩れ角に比例するから
、上記差の交流電圧の極大値は小径部１８の捩れ角に対
応する値となる。したがって、その差の交流電圧の極大
値に基づいて小径部１８に生じた捩れ角を求めることも
、小径部１８に加えられた回転力、すなわちスリーブヨ
ーク１０に加えられた回転力を求めることもできるので
ある。

以上の説明は、筒状部材２０に対して筒状部材２２が反
時計方向に相対回転した場合についてであるが、逆に時
計方向に相対回転した場合には第３図の（ｄ）および（
ｅ）に示すように、筒状部材２０と２２とにおける第１
磁路６０および第２磁路６２の結合状態が上記の場合と
逆になり、２次コイル４２の交流電圧と２次コイル４４
の交流電圧との関係も上記の場合と逆になる。したがっ
て、この場合には、前記差の交流電圧が基準交流電圧と
同位相となる。このように、捩れ角演算装置５４から出
力される位相信号、すなわち、上記差の交流電圧が基準
交流電圧と同位相であるか逆位相であるかを表す信号か
ら、筒状部材２０と２２との相対回転の向き、すなわち
、捩れの向きを求めることができる。

以上の説明から明らかなように、本実施例においては、
筒状部材２０．２２が一対の磁路形成体を構成し、２次
コイル４２．４４を接続するリード線５２と捩れ角演算
装置５４とが共同して処理手段を構成している。

以上、本発明の一実施例を説明したが、筒状部材２０．
２２の形状を変えたり、本発明を車両のスリーブヨーク
以外の軸の捩れ角を検出する装置に適用したり、車両以
外の分野の軸の捩れ角を検出する装置に適用したりする
など、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良等を施
した態様で本発明を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例である車両のスリーブヨーク用
捩れ角検出装置の系統図であり、第２図はその装置の２
筒状部材の一方を代表的ｌ示す斜視図であり、第３図（
ａ）ないしくｅｌは上記２筒状部材に形成された磁路の
結合状態の変化を示す展開図であり、第４図は第３図に
おけるＩＶ−ｒｌ／断面図、第５図は第３図におけるＶ
−■断面図である。 １０ニスリーブヨーク ２０．２２：筒状部材　　４０：１次コイル４２．４４
：２次コイル　５０：交流電源５４：捩れ角演算装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 捩れの発生し得る軸に沿って配設され、印加される交流
   電圧に応じて磁界を発生する１次コイルと、 前記軸の軸方向において１次コイルの両側に位置し、そ
   れぞれ１次コイルから受ける磁界の強さに応じた大きさ
   の交流電圧を発生する一対の２次コイルと、 それぞれ前記軸の軸方向に一定距離離れた２部分に固定
   され、一方が前記１次コイルと一対の２次コイルのいず
   れか一方とに近接し、他方が１次コイルと他方の２次コ
   イルとに近接するとともに、１次コイルの前記軸の軸方
   向における中間位置において互いに近接し合い、かつ、
   軸に捩れが発生しない状態では互いに共同して１次コイ
   ルの磁界を一対の２次コイルの各々に等しい強さで導く
   磁路を形成し、捩れが発生した状態では前記２部分相互
   の捩れ角が増大する程１次コイルの磁界を一対の２次コ
   イルのいずれか一方には強く導き、他方には弱く導く磁
   路を形成する形状を有する一対の磁路形成体と、 前記一対の２次コイルに接続され、それら２次コイルの
   交流電圧の差を求める処理手段とを含む捩れ角検出装置
   。